柴油机混合气形成与燃烧过程简介

2023-08-23 理论教育版权反馈

【摘要】：柴油机的混合气只能在气缸内部形成，即在接近压缩行程终点时，通过喷油器把柴油喷入气缸内。柴油油滴在炽热的空气中受热、蒸发、扩散，并与空气混合形成可燃混合气，最终自行发火燃烧。这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。

1．柴油机混合气的形成

由于柴油的蒸发性和流动性都比汽油差，因此柴油机不能像汽油机那样在气缸外部形成可燃混合气。柴油机的混合气只能在气缸内部形成，即在接近压缩行程终点时，通过喷油器把柴油喷入气缸内。柴油油滴在炽热的空气中受热、蒸发、扩散，并与空气混合形成可燃混合气，最终自行发火燃烧。其主要特点如下：

（1）柴油黏度大，不易挥发，必须以雾状喷入。

（2）混合气不均匀，燃烧室内过量空气系数变化很大。

（3）混合气在燃烧室内形成，所以混合空间小，而且时间短，只占15°～35°曲轴转角。

（4）可燃混合气的形成和燃烧过程是同时、连续重叠的，即边喷射边混合边燃烧，成分不断变化。

2．可燃混合气的燃烧过程

可燃混合气的形成与燃烧大体分为下面4个时期，如图7.3所示。

（1）备燃期。从喷油开始到开始着火燃烧为止。喷入气缸中的雾状柴油并不能马上着火燃烧，气缸中的气体温度虽然已高于柴油的自燃点，但柴油的温度不能马上升高到自燃点，要经过一段物理和化学的准备过程。也就是说，柴油在高温空气的影响下，吸收热量，温度升高，逐层蒸发而形成油气，向四周扩散并与空气均匀混合（物理变化）。

随着柴油温度升高，少量的柴油分子首先分解，并与空气中的氧分子进行化学反应，具备着火条件而着火，形成了火源中心，为燃烧作好了准备。这一时期很短，一般仅为0.0007～0.003s。

（2）速燃期。从燃烧开始到气缸内出现最高压力时为止。火源中心已经形成，已准备好了的混合气迅速燃烧，在这一阶段由于喷入的柴油几乎同时着火燃烧，而且是在活塞接近上止点，气缸工作容积很小的情况下进行燃烧的。因此，气缸内的压力迅速增加，温度升高很快。

（3）缓燃期。从出现最高压力时开始到出现最高温度时为止。这一阶段喷油器继续喷油，由于燃烧室内的温度和压力都高，柴油的物理和化学准备时间很短，几乎是边喷射边燃烧。但因为气缸中氧气减少，废气增多，燃烧速度逐渐减慢，气缸容积增大。所以气缸内压力略有下降，温度达到最高值，通常喷油器已结束喷油。

（4）后燃期。缓燃期以后的燃烧。这一时期，虽然不喷油，但仍有少部分柴油没有燃烧完，随着活塞下行继续燃烧。后燃期没有明显的界限，有时甚至延长到排气冲程还在燃烧。后燃期放出的热量不能充分利用来做功，很大一部分热量将通过缸壁散至冷却水中，或随废气排出，使发动机过热，排气温度升高，造成发动机动力性下降，经济性下降。因此，要尽可能地缩短后燃期。

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图7.3　柴油机的燃烧过程

柴油机混合气形成与燃烧过程简介

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